高通E51 4G调制解调器射频芯片（型号QIM225）旨在提供经过功耗优化的低功耗广域网（LPWA）连接，专为智能仪表、传感器、追踪器等设备量身打造。
您应当了解的情况：
- 智能仪表（例如：燃气表、水表）及其他物联网设备均需要广域网络连接以及长达数年的电池续航寿命；在此类场景中，功耗是驱动产品差异化和选型的首要设计约束条件。
- 高通E51 4G调制解调器射频芯片（型号QIM225）专为低功耗广域物联网量身打造，是业内能效表现顶尖的芯片组之一，同时支持增强型机器类型通信（eMTC）（Cat-M1）与窄带物联网（NB-IoT）（Cat-NB2）两种技术。
- 在实验室测试中，相较于一款业内领先且广泛部署的竞争性芯片组，高通E51 4G调制解调器-射频芯片在PSM（省电模式）、低功耗模式和活跃模式的特定条件下，能效提升了超过20%。
实现身边几乎所有事物的智能互联，是驱动高通技术公司开展各项工作的核心愿景，这也正是我们打造丰富的专用处理与网络连接解决方案组合，以满足不同行业需求的根本原因。
一个关键的重点领域是专为大规模物联网部署设计的低功耗广域（LPWA）网络连接，其中深度覆盖范围和长达数年的电池续航寿命是必备条件。在此背景下，已实现3GPP标准化低功耗广域技术 – 窄带物联网（NB-IoT）和增强型机器类型通信（eMTC）– 旨在为传感器、仪表、追踪器以及其他低复杂度物联网设备提供安全且全球互通的连接能力，确保这类设备在单次充电后能够运行数年。
附图1：eMTC与NB-IoT是全球性标准化的低功耗广域物联网技术
功耗驱动产品差异化与设备选型
对于绝大多数低功耗广域物联网应用场景而言，功耗往往是首要的设计约束条件：设备必须在实现可靠网络覆盖的同时确保长达数年的电池续航寿命，因此无论是低功耗模式还是活跃模式，每1微安的电流消耗都至关重要。更低的功耗不仅能延长设备使用寿命、减少维护频次，从而降低总拥有成本（TCO），还能因所需电池体积更小而实现更紧凑的设备外形，进而提升整体美观度与可持续性。
这正是高通E51 4G调制解调器-射频芯片能够在低功耗广域物联网领域处于领先地位的原因。该系统专为支持LTE Cat-M1和Cat-NB2技术而打造，并具备先进的能效表现。开发该芯片的目的是要将经过优化的功耗与紧凑、高性价比的设计以及丰富的外设支持相结合，从而帮助客户在不牺牲功能的前提下，构建体积更小、续航更持久的设备。
附图2：高通E51 4G调制解调器-射频芯片是eMTC/NB-IoT调制解调器-射频的首选芯片组，为低功耗广域物联网应用场景带来关键优势。
经过验证的能效：高通E51 4G调制解调器-射频芯片与竞争对手的对比
为量化高通E51 4G调制解调器射频芯片的性能优势，在我们的实验室环境下针对不同功耗模式、典型应用场景完成了该芯片的功耗测试，并将测试结果与市面大规模部署的主流eMTC/NB-IoT双模芯片 – Altair ALT1250进行了对标。
休眠与活跃模式下的功耗测量
以下附图3展示了E51芯片的测量结果与ALT1250芯片公布规格之间的对比。结论显而易见：E51芯片在所有功耗模式下均能实现超过20%的节能效果，涵盖从省电模式（PSM）等超低功耗模式到主动发送/接收状态。
附图3：高通 E51 4G 调制解调器-射频芯片在所有活跃模式和低功耗模式下均能持续实现更低的功耗。
深入解读功耗性能曲线
在扩展非连续接收（eDRX）模式下，功耗特性由基础睡眠电流和周期性寻呼唤醒共同决定。深入分析曲线可知，E51芯片实施了功耗优化以降低这些低功耗状态下的总能耗 – 其深度睡眠电流降低了33%，并凭借更高效的唤醒机制将寻呼唤醒时间缩短了67%。其结果是电流峰值更小，从而在保持网络可达性的同时降低了整体电池消耗。
附图4：扩展非连续接收（eDRX）模式功耗性能对比。
物联网应用场景下的真实电池续航寿命模拟
为了突破实验室测量的局限，我们还基于自身实验室测得的功耗数据运行了系统级模拟，对调制解调器在真实运行配置下的端到端行为进行建模。这些模拟将休眠、唤醒、附着和传输事件转化为随时间变化的预期电池消耗，从而展示E51芯片如何满足目标应用场景所需要的电池续航寿命。在本项研究中，我们考察了三种不同的低功耗广域应用场景及其电池续航寿命要求，包括智能仪表、远程传感器和资产追踪器。
智能仪表：水表和燃气表通常没有主电源，因此运行时依靠电池供电，并需要具备超长的使用寿命 – 通常超过15年 – 且数据传输频率较低。对于燃气表而言，寻呼监听是主要的电池耗电来源，因此设备通常在eDRX（扩展不连续接收）模式下工作；我们的模拟显示，根据每天上行传输次数的不同，E51芯片使用7.5–11 Ah的电池即可达到15年的使用寿命。同样地，对于水表，主要依靠PSM（省电模式），使用0.3–4.5 Ah的电池也能实现同样的15年寿命目标。
附图5：满足燃气表和水表的15年电池续航寿命要求。
远程传感器：在从气象站、农业传感器到电网监测设备等各类应用场景中，典型的电池续航寿命目标是在使用紧凑型电池的情况下运行长达五年的时间。利用PSM（省电模式）以及低频次的单向数据上传功能，E51芯片仅需0.2至2.6 Ah的电池容量即可实现这一目标，具体数值取决于有效负载大小和报告频率。该项技术支持更小巧的设备外形，并有助于降低大规模远程部署的维护需求和总拥有成本。
附图6：满足远程传感器的5年电池续航寿命要求
资产追踪器：这些设备在复杂严苛的环境下运行，持续上传通过GNSS获取的位置数据，同时通过多颗板载传感器监测温度、湿度、环境光照与运动状态，同时设备以高能效eDRX（扩展不连续接收）模式运行。即便承载该工作负载，根据数据上传频次的不同，搭载高通E51芯片的资产追踪器仅需0.2~0.7Ah容量的电池，最长可实现3个月的续航时长。
附图7：满足资产追踪器的3个月电池续航寿命要求。
以超低功耗网络连接推动大规模物联网落地
在高通，高性能广域网络连接和超低功耗设计是我们基因的组成部分。这是推出如高通E51 4G调制解调器-射频芯片等尖端产品所需要的基础。该产品专为低功耗广域（LPWA）应用场景而设计，有助于延长设备单次充电后的续航寿命，提供更可靠的网络连接，并以更具成本效益的方式扩展部署规模。我们很高兴能为物联网的未来发展提供动力，并将在生态系统朝着“实现万物智能互联”的愿景迈进的过程中，持续分享最新进展。
更深入了解
高通E51 4G调制解调器射频芯片如何实现能效优势？
我们在E51芯片的设计中实施了降低总能耗的电源优化方案，从而减小了电流尖峰，降低了整体电池消耗，并在PSM（省电模式）、eDRX（扩展不连续接收）和活跃模式下保持了网络连接可达性。我们的实验室测试表明，其能效比市场上部署最广泛的增强型机器类型通信（eMTC）与窄带物联网（NB-IoT）双模芯片组之一高出20%以上。
除本文涵盖的内容外，是否存在更多低功耗广域应用场景与能效洞察？
除智能仪表、远程传感器与资产追踪器之外，低功耗广域物联网领域仍在持续扩展，我们推动节能连接技术边界的工作也在同步深入。随着行业朝着“万物智能互联”的愿景不断迈进，我们将继续分享最新的基准测试数据、应用场景覆盖范围以及生态系统更新动态。
在所发布内容中表达的观点仅为原作者的个人观点，并不代表高通技术公司或其子公司（以下简称为“高通技术公司”）的观点。所提供的内容仅供参考之用，而并不意味着高通技术公司或任何其他方的赞同或表述。本网站同样可以提供非高通技术公司网站和资源的链接或参考。高通技术公司对于可能通过本网站引用、访问、或链接的任何非高通技术公司网站或第三方资源并没有做出任何类型的任何声明、保证、或其他承诺。
高通品牌产品均为高通技术公司和/或其子公司的产品。
关于作者
丹尼·曾，高通技术公司产品营销高级总监
